Đồ án Tính toán và thiết kế cho hệ thống cao áp của trạm biến áp Văn ĐIún 110/22 kV

Chương mở đầu Tình hình giông sét ở việt nam và ảnh hưởng của nó tới lưới đIện Việc nghiên cứu giông sét và các biện pháp chống sét đã có lịch sử lâu dài cùng với sự phát triển của nghành điện . Ngày nay người ta đã tìm ra được các phương pháp nhữmh hệ thống thiết bị và kỹ thuật cao để đề phòng chống sét đámh . Sét là một hiện tượng tự nhiên , mật độ , thời gian phóng điện , biên độ dốc của sét không thể dự đoán trước nên việc nghiên cứu chống sét là rất quan trọng , đặc biệt là trong nghành điện . I . Tình hình giông sét ở VIệT NAM : Theo đề tài KC – 03 - 07 của viện năng lượng , trong một năm số ngày sét ở miền Bắc khoảng từ 70 đến 100 ngày và số lần có giông là từ 150 – 300 lần . Vùng có giông nhiều nhất trên miền Bắc là khu vực Móng Cái , Tiên Yên ( Quảng Ninh ) hàng năm có từ 100 – 110 ngày giông sét , tháng 7 , tháng 8 có thể có đến 25 ngày giông \ tháng . Một số vùng có điạ hình chuyển tiếp như giữa các vùng núi và vùng đồng bằng số lần giông cũng đến 200 lần sét / năm . Với số ngày giông khoảng 100 ngày / năm . Nơi ít giông nhất là quảng Bình , hàng năm chỉ có 80 ngày giông . Xét về diễn biến của mùa giông trong năm , mùa giông không hoàn toàn đồng nhất giữa các vùng . Nói chung ở miền Bắc giông tập trung từ tháng 4 – 9 , ở phía tây bắc giông tập trung từ thánh 5 – 8 trong năm . Trên vùng duyên hải trung bộ từ phía bắc đến Quảng Ngãi là khu vực tương đối nhiều giông trong tháng số ngày có giông xấp xỉ 10 ngày / tháng . Tháng có nhiều giông nhất là tháng 5 , có thể có từ 12 – 15 ngày . Những tháng đầu mùa và cuối mùa chỉ gặp 2 – 5 ngày / tháng . Từ Bình Định trở vào là khu vực ít giông nhất thường chỉ có vào tháng 5 , số ngày có giông xấp xỉ 10 ngày ( Tuy Hoà 10 ngày , Nha Trang 8 ngày , Phan Thiết 13 ngày ) , còn các tháng khác của mùa đông chỉ quan sát được từ 5 – 7 ngày giông sét . Miền nam cũng có khá nhiều giông , hàng năm quan sát được từ 40 đến 50 ngày và đến trên 100 ngày tuỳ nơi . Khu vực nhiều giông nhất là đồng bằng Nam bộ , số ngày giông sét có thể lên tới 120 – 140 ngày /năm . Mùa đông ở Nam Bộ từ tháng 4 đến tháng 11 thì số ngày giông trung bình là 10 ngày /tháng , các tháng 5 đến tháng 10 có khoảng trên 20 ngày giông ( SàI Gòn 22 ngày , Hà Tiên 28 ngày. Tây Nguyên , mùa giông chỉ có ở các tháng 4 , 5 và 9 . Tháng cực đại ( tháng 5 ) , trung bình quan sát được 15 ngày giông và ở Tây Nguyên trung bình số ngày giông sét từ 10 đến 12 ngày ( Plây cu 17 ngày , Kon Tum 14 ngày , Đà Lạt 10 ngày còn các tháng khác trong mùa trung bình có 5 – 7 ngày /tháng . Qua số liệu khảo sát ta thấy rằng trung bình giông sét trên 3 miền Bắc – Trung – Nam , những vùg lân cận lại có mật độ giông sét tương đối giống nhau . Kết quả nghiên cứu , người ta đã lập được bản đồ phân vùng giông sét toàn Việt Nam ( các thông số cho trong bảng 1 ) . Vùng Ngày đông trung bình (ngày / năm ) Gìơ đông trung bình (giờ /năm) Mật độ sét trung bình Tháng giông cực đại đồng bằng ven biển 81.1 215.6 6.47 8 Miền núi trung du Bắc Bộ 61,6 219,1 6.33 7 Cao nguyên miền trung 47,6 126,21 3.31 5.8 Ven biển miền trung 44 95,2 3.55 5.8 đồng bằng miền Nam 60.1 89.32 5.37 5.9 Từ các số liệu về ngày giờ giông , số lượng đo lường nghiên cứu đã thực hiện các giai đoạn có thể tính toán đưa ra các số liệu dự kiến về mật độ phóng điện xuống các khu vực ( số liệu dự báo như trong bảng 2 ) Số ngày giông đồng bằng ven biển Miền núi trung du phía Bắc Cao nguyên miền trung Ven biển trung bộ đồng bằng miền Nam 20 á 40 2,43 á4,68 2,1 á 4,2 12 á 2,4 1,22 á 2,44 1,26 á 2,52 40 á 60 4,68 á 7,92 4,2 á 6,3 2,4 á 3,6 2,44 á 3,65 2,52 á 3,78 60 á 80 7,92 á 9,72 6,3 á 8,4 3,6 á 4,8 3,65 á 4,87 3,78 á 5,06 80 á 100 9,72 á 12,15 8,4 á 10,5 4,8 á 6 4,87 á 6,09 5,06 á6,3 100 á 120 12,15 á 14,58 10,5 á12,6 6 á 7,2 6,09 á 7,31 6,3 á 7,76 II . ảnh hưởng của giông sét : ỏ Việt Nam trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước KC – 03 – 07 đã lắp đặt các thiết bị ghi sét và bộ ghi tổng hợp trên các đường dây tải điện trong nhiều năm liên tục , kết quả thu thập tình hình sự cố lưới đIện 220 kV ở miền Bắc từ năm 1987 đến năm 1992 được ghi trong bảng 3 : Loại sự cố Dưới 220 KV Đường dây Phả Lại – Hà Đông Tổng số Vĩnh cửu Tổng số Vĩnh cửu Do sét 1987 1988 1989 1990 1991 1992 2 5 24 25 30 19 1 2 3 4 2 4 2 5 6 2 3 4 1 2 2 1 1 4 1 1 1 1 1 3 105 16 22 11 8 Trong tổng số sự cố vĩnh cửu của đường dây 220 KV Phả Lại – Hà Đông , nguyên nhân do sét là 8/11chiếm 72,7 % .Sở dĩ lấy kết quả sự cố của đường dây Phả Lại – Hà Đông làm kết quả chung cho sự cố lưới đIện Miền Bắc vì đây là đường dây quan trọng của Miền Bắc và sự cố đường dây này ảnh hưởng rất lớn đến tình hình truyền tải điện năng trên lưới điện . Kết luận : Qua những nghiên cứu tính hình giông sét ở Việt Nam và những tác hại của sét gây nên đối với lưới điện , cho nên việc bảo vệ chống sét cho đường dây điện và các trạm biến áp là không thể thiếu được . Vì vậy việc đầu tư nghiên cứu chống sét là cần thiết để nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện của nước ta Chương I bảo vệ chống sét đánh trực tiếp trạm biến áp 110/22 KV. I.1-Khái niệm chung. Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng . Đối với trạm biến áp 110 KV thì các thiết bị điện của trạm được đặt ngoài trời, khi có sét đánh trực tiếp vào trạm sẽ xảy ra những hậu quả nặng nề không những chỉ làm hỏng đến các thiết bị trong trạm mà còn gây nên những hậu quả cho những ngành công nghiệp khác do bị ngừng cung cấp điện . Do vậy trạm biến áp thường có yêu cầu bảo vệ khá cao. Hiện nay để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp cho trạm biến áp người ta dùng hệ thống cột thu lôi, dây thu lôi. Tác dụng cuả hệ thống này là tập trung điện tích để định hướng cho các phóng điện sét tập trung vào đó, tạo ra khu vực an toàn bên dưới hệ thống này. Hệ thống thu sét phải gồm các dây tiếp địa để dẫn dòng sét từ kim thu sét vào hệ nối đất. Để nâng cao tác dụng của hệ thống này thì trị số điện trở nối đất của bộ phận thu sét phải nhỏ để tản dòng điện một cách nhanh nhất, đảm bảo sao cho khi có dòng điện sét đi qua thì điện áp trên bộ phận thu sét sẽ không đủ lớn để gây phóng điện ngược đến các thiết bị khác gần đó. Ngoài ra khi thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu kinh tế sao cho hợp lý và đảm bảo về yêu cầu về kỹ thuật, mỹ thuật. I.2- Các yêu cầu kỹ thuật khi tính toán bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp. Tất cả các thiết bị cần bảo vệ phải được nằm trọn trong phạm vi bảo vệ an toàn của hệ thống bảo vệ. Hệ thống bảo vệ trạm 110 kV ở đây ta dùng hệ thống cột thu lôi, hệ thống này có thể được đặt ngay trên bản thân công trình hoặc đặt độc lập tùy thuộc vào các yêu cầu cụ thể. Đặt hệ thống thu sét trên bản thân công trình sẽ tận dụng được độ cao của phạm vi bảo vệ và sẽ giảm được độ cao của cột thu lôi. Nhưng mức cách điện của trạm phải đảm bảo an toàn trong điều kiện phóng điện ngược từ hệ thống thu sét sang thiết bị. Vì đặt kim thu sét trên các thanh xà của trạm thì khi có phóng điện sét, dòng điện sét sẽ gây nên một điện áp giáng trên điện trở nối đất và trên một phần điện cảm của cột, phần điện áp này khá lớn và có thể gây phóng điện ngược từ hệ thống thu sét đến các phần tử mang điện trong trạm khi mà mức cách điện không đủ lớn. Do đó điều kiện để đặt cột thu lôi trên hệ thống các thanh xà của trạm là mức cách điện cao và trị số điện trở tản của bộ phận nối đất nhỏ. Đối với trạm phân phối có điện áp từ 110kV trở lên có mức cách điện khá cao (cụ thể khoảng cách giữa các thiết bị đủ lớn và độ dài chuỗi sứ lớn ) do đó có thể đặt các cột thu lôi trên các kết cấu của trạm và các kết cấu trên đó có đặt cột thu lôi thì phải nối đất vào hệ thống nối đất của trạm theo đường ngắn nhất sao cho dòng điện sét khuyếch tán vào đất theo 3 đến 4 thanh nối đất với hệ thống , mặt khác phải có nối đất bổ xung để cải thiện trị số điện trở nối đất. Khâu yếu nhất trong trạm phân phối ngoài trời điện áp từ 110kV trở lên là cuộn dây máy biến áp, vì vậy khi dùng cột thu lôi để bảo vệ máy biến áp thì yêu cầu khoảng cách giữa điểm nối vào hệ thống của cột thu lôi và điểm nối vào hệ thống nối đất của vỏ máy biến áp là phải lớn hơn 15m theo đường điện . Tiết diện các dây dẫn dòng điện sét phải đủ lớn để đảm bảo tính ổn định nhiệt khi có dòng điện sét chạy qua. Khi sử dụng cột đèn chiếu sáng làm giá đỡ cho cột thu lôi thì các dây dẫn điện phải được cho vào ống chì và chôn trong đất. I.3- Tính toán thiết kế, các phương án bố trí cột thu lôi. Với yêu cầu thiết kế hệ thống chống sét cho trạm 110kV và dựa vào độ cao của các thiết bị ta có thể bố trí được các cột thu lôi và tính được độ cao của chúng. I.3.1- Các công thức sử dụng để tính toán. - Độ cao cột thu lôi: h =hx + ha (I – 1) Trong đó: + hx : độ cao của vật được bảo vệ. + ha : độ cao tác dụng của cột thu lôi, được xác định theo từng nhóm cột. (ha ³ D/8 m). (với D là đường kính vòng tròn ngoại tiếp đa giác tạo bởi các chân cột) - Phạm vi bảo vệ của một cột thu lôi độc lập là: - Nếu hx Ê 2/3h thì: (I –3) - Nếu hx > 2/3h thì: (I - 4) Phạm vi bảo vệ của hai hoặc nhiều cột thu lôi thì lớn hơn từng cột đơn cộng lại. Nhưng để các cột thu lôi có thể phối hợp được thì khoảng cách a giữa hai cột phải thoả mãn a Ê 7h ( trong đó h là độ cao của cột thu lôi ). Khi có hai cột thu lôi đặt gần nhau thì phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho và được xác định theo công thức: Khoảng cách nhỏ nhất từ biên của phạm vi bảo vệ tới đường nối hai chân cột là rxo và được xác định như sau: ( I-6 ) - Trường hợp hai cột thu lôi có độ cao khác nhau thì việc xác định phạm vi bảo vệ được xác định như sau: - Khi có hai cột thu lôi A và B có độ cao h1 và h2 như hình vẽ dưới đây: - Bằng cách giả sử vị trí x có đặt cột thu lôi C có độ cao h2 , khi đó các khoảng cách AB = a; BC = a'. Khi đó xác định được các khoảng cách x và a' như sau: Đối với trường hợp khi có hai cột thu lôi cao bằng nhau ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột là ho : Tương tự ta có phạm vi bảo vệ ở độ cao lớn nhất giữa hai cột B và C là: I.3.2- Các số liệu dùng để tính toán thiết kế cột thu lôi bảo vệ trạm biến áp 110/22kV. - Trạm có diện tích là: 94 x 71m và bao gồm: + Hai máy biến áp T1 và T2 - Độ cao các thanh xà phía 110kV là 11m I.3.3- Trình tự tính toán. Trạm có cấp điện áp 110kV và có hai máy biến áp MB1,MB2. Sau khi khảo sát sơ bộ sơ đồ mặt bằng trạm, vị trí bố trí các thiết bị trong trạm và yêu cầu bảo vệ của mỗi thiết bị, ta đưa ra hai phương án đặt cột thu lôi như sau: I.3.3.1- Phương án 1. Ta bố trí 8 cột thu lôi trong đó 2 cột bố trí trên thanh xà cao 11m và các cột còn lại bố trí độc lập như hình vẽ : Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi: Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D Ê 8ha Trong đó: - D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ được. ha : Là độ cao tác dụng của cột thu lôi. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp được với nhau để bảo vệ được vật có độ cao hx nào đó là: a Ê 7h Với a là khoảng cách giữa hai cột thu lôi. - Xét nhóm cột (1;2;3;4) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật tạo bởi các cột 1;2;3;4 Đoạn (1-2) = 30,6m Đoạn (2-4) = 34m Đường kính vòng tròn ngoại tiếp D : Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (1;2;3;4) bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: - Xét nhóm cột (3;4;5;6) ta có: Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp hình chữ nhật tạo bởi các cột 3;4;5;6 Đoạn (3-4) = 35m Đoạn (4-5) = 30,6m Đường kính vòng tròn ngoại tiếp D : Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột (3;4;5;6) bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: - Xét nhóm cột 5;6;7 Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 5;6;7. (5 - 7 = = 40m ; từ 5 – 6 = 28m ; 6 á 7 = = 17,8m) . Và đường kính vòng tròn là: Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5): Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (1;4;5): + r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5). Thay số vào (I –8 ) ta có: Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;4;5) là: Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7) là: D =45 m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;7 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: Xét nhóm cột 5;7;8 Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 5;7;8 (5 á 8 = 17m , từ 7 – 8 = 25m .Và đường kính vòng tròn là: Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;7;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: - Xét nhóm cột 6;7;8 Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 6;7;8. (6 - 7 = = 17,4m ; từ 7 – 8 = 30,4m ; 60 á 8 = = 34,8m) Và đường kính vòng tròn là: Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8): Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (6;7;8): + r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8). Thay số vào (I –8 ) ta có: Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8) là: Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (6;7;8) là: D =34,8 m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 6;7;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: Xét nhóm cột 5;6;8 Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 5;6;8 (5 á 8 = 17m , từ 5 – 6 = 30,4m .Và đường kính vòng tròn là: Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: Như vậy đối với tất cả các cột thu lôi có thể lấy một độ cao tác dụng là : ha = 5,8m Tính độ cao cột thu lôi ; Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp được xác định bởi: h = hx + ha Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi. + hx: độ cao của vật được bảo vệ. + ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi. độ cao tác dụng của các cột thu lôi là : h = 5,8 + 11 =16,8 m ta chọn cột thu lô có độ cao h = 17m Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi: * Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 17m: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m: hx =11 m < 2/3 h = 11,33 m. Nên: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 6m: * Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi: - Xét cặp cột 1;2. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 30,4m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m > 2/3ho = 8,1m. Nên : - Xét cặp cột 2;3. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 34m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m > 2/3ho = 8m. Nên : - Xét cặp cột 1;4. Khoảng cách giữa hai cột là: a =34m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m > 2/3ho = 8m. Nên : Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: - Xét cặp cột 3;6. Khoảng cách giữa hai cột là: a =35m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 8,7m. Nên : - Xét cặp cột 7;8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 25m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 8,9m. Nên : - Xét cặp cột 6-7. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 17,8m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao7,5: hx = 11m > 2/3ho =9,63m - Xét cặp cột 5;8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 17m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 9,72m. Nên : Nhận xét: Quá tính toán ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi cho toàn trạm. Cụ thể được trình bày ở hình vẽ Từ hình vẽ ta thấy rằng toàn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi. Vậy với cách bố trí thu lôi như phương án I là đảm bảo về mặt kỹ thuật. I.3.3.2- Phương án 2. Ta bố trí 9 cột thu lôi trong đó 5 cột bố trí trên thanh xà cao 11m và các cột còn lại bố trí độc lập : Tính độ cao tác dụng của cột thu lôi: Để bảo vệ được một diện tích giới hạn bởi một tam giác (hoặc tứ giác) thì độ cao của cột thu lôi phải thoả mãn: D Ê 8ha Trong đó: - D: Là đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác ( hoặc tứ giác), tạo bởi các chân cột. đó là phạm vi mà nhóm cột có thể bảo vệ được. ha : Là độ cao tác dụng của cột thu lôi. Phạm vi bảo vệ của hai hay nhiều cột thu lôi bao giờ cũng lớn hơn phạm vi bảo vệ của cột đơn cộng lại. Điều kiện để cho hai cột thu lôi có thể phối hợp được với nhau để bảo vệ được vật có độ cao hx nào đó là: a Ê 7h Với a là khoảng cách giữa hai cột thu lôi. Xét nhóm cột 1;2;3. Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 1;2;3. (1 á 2 = 30,4m , từ 2 – 3 = 34m .Và đường kính vòng tròn là: Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;2;3 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: Ta thấy tam giác vuông 123 có diện tích lớn hơn diện tích tam giác 238 , do đó phạm vi bảo vệ của nhóm cột 1;2;3 cũng là phạm vi bảo vệ của nhóm cột 2;3;8 - Xét nhóm cột 1;3;8 . Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 1;3;8. (1 á3 = 46,5m; từ 3 - 8 = 26m ; 1 á 8 = = 34,4m) . Và đường kính vòng tròn là: Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8): Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (1;3;8): + r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8). Thay số vào (I –8 ) ta có: Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8) là: Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (1;3;8) là: D =46,9 m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 1;3;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: - Xét nhóm cột 4;7;8 . Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 4;7;8. (4 á7 = 25m; từ 7 - 8 = 26m ; 4 á 8 = = 30m) . Và đường kính vòng tròn là: Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8): Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (4;7;8): + r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8). Thay số vào (I –8 ) ta có: Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8) là: Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (4;7;8) là: D =31,6 m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 4;7;8 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: Xét nhóm cột 4;5;7. Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 4;5;7. (4 á 5 = 32m , từ 4 – 7 = 25m .Và đường kính vòng tròn là: Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 4;5;7 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: - Xét nhóm cột 5;6;7 . Phạm vi bảo vệ của nhóm cột này là đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi các cột 5;6;7. (5 á6 = 30,4m; từ 6 - 7 = 32m ; 5 á 7 = 40,6m) . Và đường kính vòng tròn là: Ta có công thức để tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7): Trong đó: + p là nửa chu vi tam giác (5;6;7): + r là bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7). Thay số vào (I –8 ) ta có: Bán kính đường tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7) là: Đường kính vòng tròn ngoại tiếp tam giác (5;6;7) là: D =41 m. Độ cao tác dụng tối thiểu để các cột 5;6;7 bảo vệ được hoàn toàn diện tích giới hạn bởi chúng là: Như vậy đối với tất cả các cột thu lôi có thể lấy một độ cao tác dụng là : ha = 6m Tính độ cao cột thu lôi ; Độ cao cột thu lôi dùng để bảo vệ chống sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp được xác định bởi: h = hx + ha Trong đó: + h: độ cao cột thu lôi. + hx: độ cao của vật được bảo vệ. + ha: độ cao tác dụng của cột thu lôi. độ cao tác dụng của các cột thu lôi là : h = 5,4 + 11 =16,4 m ta chọn cột thu lô có độ cao h = 17m Tính phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi: * Bán kính bảo vệ của cột thu lôi cao 17m: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 11m: hx =11 m < 2/3 h = 11,33 m. Nên: - Bán kính bảo vệ ở độ cao 6m: * Phạm vi bảo vệ của các cặp cột thu lôi: - Xét cặp cột 1;2. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 30,4m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m < 2/3ho = 8,4m. Nên : - Xét cặp cột 2;3. Khoảng cách giữa hai cột là: a =34m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 8,2m: hx = 8,2m > 2/3ho = 8,1m. Nên : Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: - Xét cặp cột 3,4. Khoảng cách giữa hai cột là: a =25,6m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: Bán kính của khu vực bảo vệ ở giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 8,8m. Nên : - Xét cặp cột 6,7: Khoảng cách giữa hai cột là: a = 32m Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao 11m: hx = 11m > 2/3ho = 8,3m. Nên : - Xét cặp cột 5-6. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 30,4m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao11: hx = 11m > 2/3ho =8,4m - Xét cặp cột 7-8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 26m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao11: hx = 11m > 2/3ho =8,9m - Xét cặp cột 1-8. Khoảng cách giữa hai cột là: a = 34,4m. Độ cao lớn nhất của khu vực bảo vệ giữa hai cột thu lôi là: ở độ cao11: hx = 11m > 2/3ho =8,1m Nhận xét: Quá tính toán ở trên ta vẽ phạm vi bảo vệ của hệ thống cột thu lôi cho toàn trạm. Cụ thể được trình bày ở hình vẽ : Từ hình vẽ ta thấy rằng toàn bộ các thiết bị của trạm đều nằm trong phạm vi bảo vệ của các cột thu lôi. Vậy với cách bố trí thu lôi như phương án II là đảm bảo về mặt kỹ thuật. I.4 -Kết luận. Qua quá trình tính toán trên ta thấy cả hai phương án đều đảm bảo yêu cầu về mặt kỹ thuật và hai phương án tương đương về mặt kinh tế. Ta thấy phương án II bố trí hợp lí cột chống sét hơn phương án I: Do vậy ta chọn phương án II. Chương 2 Tính toán nối đất cho trạm 110/22 kv II.1- Giới thiệu chung và một số vần đề kỹ thuật khi tính toán nối đất trạm biến áp. Nhiệm vụ của nối đất là tản dòng điện xuống đất để đảm bảo cho điện thế trên vật nối đất có trị số bé. Hệ thống nối đất là một phần quan trọng trong việc bảo vệ quá điện áp, do đó việc nối đất của trạm biến áp, các cột thu lôi, các đường dây, các thiết bị chống sét phải được tính toán cụ thể trong khi thiết kế. Trong hệ thống điện thường có ba loại nối đất : + Nối đất làm việc. Nhiệm vụ chính là đảm bảo sự làm việc bình thường của thiết bị, hoặc một số bộ phận của thiết bị yêu cầu phải làm việc ở chế độ nối đất trực tiếp, thường là nối đất điểm trung tính máy biến áp. Trong hệ thống điện có điểm trung tính trực tiếp nối đất, nối đất của máy biến áp đo lường và các kháng điện dùng trong bù ngang trên các đường dây cao áp truyền tải điện. + Nối đất chống sét. Nối đất chống sét có tác dụng làm tản dòng điện sét vào trong đất (khi sét đánh vào cột thu lôi hay đường dây) để giữ cho điện thế mọi điểm trên thân cột không quá lớn tránh trường hợp phóng điện ngược từ cột thu lôi đến các thiết bị cần được bảo vệ. + Nối đất an toàn. Có tác dụng đảm bảo an toàn cho con người khi cách điện bị hư hỏng. Thực hiện nối đất an toàn bằng cách nối đất các bộ phận kim loại không mang điện như vỏ máy, thùng dầu máy biến áp, các giá đỡ kim loại để khi cách điện bị hư hỏng do lão hoá thì trên các bộ phận kim loại sẽ có một điện thế nhỏ không nguy hiểm (nếu không nối đất thì điện thế này sẽ làm nguy hiểm đến con người khi chạm vào chúng). Do đó nối đất các bộ phận này là để giữ điện thế thấp và bảo đảm an toàn cho con người khi tiếp xúc với chúng.Về nguyên tắc là phải tách rời các hệ thống nối đất nói trên nhưng trong thực tế ta chỉ dùng một hệ thống nối đất chung cho các nhiệm vụ. Song hệ thống nối đất chung phải đảm bảo yêu cầu của các thiết bị khi có dòng ngắn mạch chạm đất lớn do vậy yêu cầu điện trở nối đất phải nhỏ. Khi điện trở nối đất càng nhỏ thì có thể tản dòng điện với mật độ lớn, tác dụng của nối đất tốt hơn an toàn hơn. Nhưng để đạt được trị số điện trở nối đất nhỏ thì rất tốn kém do vậy trong tính toán ta phải thiết kế sao cho kết hợp được cả hai yếu tố là đảm bảo về kỹ thuật và hợp lý về kinh tế. Một số yêu cầu về kỹ thuật của điện trở nối đất: + Đối với các thiết bị điện nối đất trực tiếp, yêu cầu điện trở nối đất phải thoả mãn: R Ê 0,5W.(Theo tiêu chuẩn nối đất an toàn trang 189 giáo trình kỹ thuật điện cao áp). + Đối với các thiết bị có điểm trung tính không nối đất trực tiếp thì: nếu như hệ thống chỉ dùng cho thiết bị cao áp + Đối với hệ thống có điểm trung tính cách điện và chỉ hệ thống nối đất dùng chung cho cả thiết bị cao áp và hạ áp thì: nhưng không được quá 10 W + Khi dùng nối đất tự nhiên nếu điện trở nối đất tự nhiên đã thoả mãn yêu cầu của các thiết bị có dòng ngắn mạch chạm đất bé thì không cần nối đất nhân tạo nữa. Còn nếu điện trở nối đất tự nhiên không thoả mãn đối